Обработка металла под давлением

Введение

Необходимость повышения требований к качеству стали, ограниченные возможности регулирования физических и физико-химических условий протекания процессов плавки стали в сталеплавильных агрегатах (дуговых печах, конвертерах и др.) привели к созданию новых сталеплавильных процессов, соответствующих современному уровню развития техники. Одним из элементов таких технологий является внепечная обработка стали (другие названия: внепечная металлургия, ковшевая металлургия, ковшевое рафинирование [1]). Обеспечивая получение не только высокого качества, но и повышение производительности сталеплавильных агрегатов, внепечная обработка стали стала неотъемлемой частью сталеплавильного производства.

В настоящее время в мировой практике методами внепечной металлургии обрабатывают сотни миллионов тонн стали. Быстрое и широкое распространение внепечной обработки объясняется многими положительными моментами, главными из которых являются:

-упрощение технологии конвертерной плавки, так как появляется возможность продувки металла кислородом до низких содержаний углерода с последующей корректировкой состава по углероду и другим примесям [2,3];

- создание условий для ведения конвертерной плавки с очень малым количеством шлака ("бесшлаковая" технология), с малым расходом материа­лов, меньшими потерями железа в шлак и т.д. [2,4];

- замена двухшлаковой технологии электроплавки на одношлаковую без скачивания шлака (уменьшаются продолжительность плавки, расход электроэнергии, увеличивается производительность и т.д. [9]);

-обеспечение надёжной и высокопроизводительной работы машин непрерывной разливки стали с возможностью регулировки требуемой от плавки к плавке температуры и получение металла чистого от вредных примесей, прежде всего по сере [5,6];

- получение более дешёвыми методами и в больших количествах особо чистой стали с ничтожным содержанием нежелательных примесей. Это, в свою очередь, позволяет получать сталь новых марок с очень высокими показателями прочности и пластичности;

- изменение структуры и типа потребляемых ферросплавов и раскислителей в сторону снижения требований к составу и соответствующее их удешевление [8];

- широкое внедрение технологии «прямого легирования» с использованием природно-легированных руд, а также материалов из шлаковых отва­лов и различных отходов смежных производств;

- возможность разработки безотходной технологии литья.

Эти и многие другие достоинства сталеплавильных технологий с использованием методов внепечной обработки привели к тому, что сегодня работа сталеплавильных цехов немыслима без наличия в их составе агрегатов внепечной обработки. Внепечная обработка решает следующие проблемы: уменьшение разброса данных по химическому составу металла и его температуры, глубо­кая десульфурация, легирование, глубокое обезуглероживание, раскисление, дегазация, уменьшение содержания неметаллических включений.

В настоящее время разрабатываются технологии применения при выплавке конструкционных марок сталей алюминиевых гранул [19]. Они применяются для раскисления стали при выплавке, для легирования специальных марок стали алюминием и при обработке жидкой стали синтетическими шлаками в ковше. Применение алюминия в виде гранул, массой несколько граммов, ускоряет процесс их расплавления и растворения в основной массе жидкой стали, что в конечном счёте ведёт к более эффективному раскисле­нию стали и снижению расхода раскислителя.

Изготовление гранул основано на использовании поверхностного натяжения жидкостей. Жидкий алюминий заливают в чашу гранулятора и, протекая через отверстия в днище чаши, он на воздухе разделяется на отдельные капли и быстро затвердевает в воде.

Разработка технологии изготовления гранулированного алюминия производилась в фасонолитейном цехе (ФЛЦ) ОАО "НЛМК", а исследование технологии применения алюминиевых гранул производилось в ККЦ-1 и ККЦ-2 ОАО "НЛМК".

1. Особенности технологии внепечной обработки при производстве высококачественной стали.

1.1 Основные методы внепечной обработки стали

Внепечная обработка стали начала активно применяться для повышения производительности сталеплавильных печей и конвертеров, позволяя выне­сти часть процессов рафинирования из этих агрегатов в ковш [7]. Однако уже начало внедрения современных процессов внепечной обработки показало, что они позволяют существенно улучшить качество стали. Внепечной обра­боткой оказалось возможным не только существенно улучшить качество ста­ли (механические свойства, коррозионную стойкость, электротехнические показатели и др.), но и получить сталь с принципиально новыми свойствами, например сталь со свободными междоузлиями, содержащую С 0,003 % и N 0,004 % и не имеющую предела текучести, т.е. способную работать до предела прочности [11, 20]. В сталеплавильных печах и конвертерах такую сталь получить невозможно.

Появилась возможность гарантированно получать сталь с узкими пределами содержания элементов. Это позволило уменьшить коэффициент запаса прочности, учитываемым при проектировании, с обычных 1,5-3,0 до 1,2-1,4, т.е. примерно в два раза при сохранении высокого качества стали, её однородности, низкого содержания включений [22, 24]. Соответственно уменьшены массы машин и конструкций, их габариты, стоимость транспортировки.

Наиболее простым способом внепечной обработки стали с целью улучшения её качества является прод